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International audience

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The production of the human voice is generated by vocal folds auto-oscillation, due to the interaction between the air flow coming from the lungs and the elastic structure of the vocal folds. The purpose of this thesis is to realise an experimental and theoretical study in order to improve the understanding and modelling of this phenomenon and some of its perturbations.Firstly, the MSePGG algorithm is proposed for the calibration of a non-invasive device for in vivo glottal area measurements. The algorithm is validated on mechanical replicas and illustrated for measurements on human speakers.Secondly, the vocal folds are covered by a thin layer of liquid, essential for phonation. An experimental approach is proposed to systematically study the influence of the presence of liquid on vocal fold replicas. Water spraying is shown to impact basic voice parameter as well as their perturbation. A simplified theoretical flow model accounting for the presence of both air and water is proposed and validated.Thirdly, the effect of vertical vocal fold angular asymmetry, as occurring in the case of unilateral vocal fold paralysis, on the fluid structure interaction is experimentally assessed. It is found that loss of vocal folds full contact leads to important variation on phonation features and their variations.A simple theoretical model is shown to fit the increase of auto-oscillation onset threshold pressure. For future clinical applications obtained results suggest the further development of the MSePGG device and illustrate the multiple of potential causes of voice perturbation., La production de la voix humaine est générée par l’auto-oscillation des cordes vocales, due à l’interaction entre le flux d’air venant des poumons et la structure élastique des cordes vocales. Le but de cette thèse est de réaliser une étude expérimentale et théorique permettant de mieux comprendre et de modéliser ce phénomène et certaines de ses perturbations.Premièrement, l'algorithme du MSePGG est proposé pour la calibration d'un dispositif non-invasif de mesure in vivo de l’air glottique. Cet algorithme est validé sur des répliques de cordes vocales et illustré pour des mesures sur locuteurs.Deuxièmement, les cordes vocales sont recouvertes par une fine couche de liquide, essentielle à la phonation. Une approche expérimentale est proposée afin d’étudier l'influence de la présence ce liquide sur des répliques de cordes vocales. Elle démontre que la pulvérisation d'eau a un impact sur les paramètres basique de la voix et sur leur perturbation. Un modèle théorique simplifié tenant compte de la présence de l'air et de l'eau est ensuite proposé et validé.Troisièmement, l'effet de l'asymétrie angulaire verticale des cordes vocales, dans le cas d'une paralysie unilatérale, sur l'interaction fluide-structure est évalué expérimentalement. Il est observé que la perte initiale de contact des cordes vocales entraîne une variation importante des caractéristiques de phonation et de leurs variations. Un modèle théorique simple est adapté pour permettre de prédire l'augmentation de la pression seuil de l'auto-oscillation des cordes vocales. Pour les applications cliniques futures, les résultats obtenus suggèrent la poursuite du développement du MSePGG et illustrent les multiples de causes potentielles de perturbation de la voix.

International audience; Dans cette contribution, nous nous intéressons à l'étude expérimentale et à la modélisation physique de la présence de mucus à la surface des cordes vocales notamment lors de la collision des cordes vocales. Afin d'étudier et de quantifier l'importance de ce phénomène, nous présentons des résultats expérimentaux obtenus sur une maquette de cordes vocales. Ce dispositif, réalisé à l'échelle 3:1, permet de simuler le mouvement des cordes vocales et de contrôler la fréquence d'oscillation et l'amplitude de déplacement. La présence de mucus est simulée en injectant de manière continue un liquide en aval de la maquette. La quantification des effets est réalisée en mesurant la pression en différentes positions le long de la maquette. Les résultats expérimentaux montrant un effet important du liquide, un modèle théorique prenant en compte l'influence d'une couche de liquide sur l'écoulement est élaborée et discuté. Abstract: In this contribution we focus on the experimental study and the physical modelling of the presence of mucus at the surface of the vocal folds, in particular during the collision of the vocal folds. In order to study and to quantify this phenomenon, we first present experimental results obtained on a mechanical replica of the vocal folds. This setup , built on 3:1 scale, allows to simulate the vocal folds motion and to control the oscillation frequency as well as the amplitude of the displacement. The presence of mucus is simulated by injecting continuously a liquid downstream from the replica. Quantification of the effects is obtained thanks to pressure sensors located along the replica. Since the experimental results showed an important effect of the liquids, a theoretical model for the flow accounting for a liquid layer is derived and discussed.

International audience; Observation and measurement of vocal folds vibration and glottal opening during speech requires techniques as little invasive as possible for the subject. The LPP has developed the External Photoglottograph (ePGG) system. It consists of illuminating the glottis through the neck skin with an infrared light and recording light variation intensity modulated by glottal movement with a photodiode placed across the larynx. The system is tested on two mechanical larynx replicas. The first one consists of two rigid half cylinders in forced oscillation controlled by a step motor. The second one is flow driven and uses latex tubes filled with water in order to reproduce vocal folds self-oscillation. Time-varying glottal area is measured accurately for both replicas. Experimental results are compared to ePGG recordings in order to assess the correlation between area measurements and ePGG signal. This characterization is used to propose a calibration of the glottal opening as a function of parameters affecting the ePGG signal (distance, angle, skin, tissue, system setting, etc.).

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La production des sons voisés est essentiellement liée à l'auto-oscillation des cordes vocales. Ce phénomène résulte d'une interaction fluide-structure entre l'écoulement d'air provenant des poumons et les tissus élastiques constitutifs des cordes vocales. La compréhension et la modélisation de cette interaction sont d'une grande importance dans de nombreux domaines allant de la synthèse de la parole par modèles physique jusqu'aux traitements et préventions des pathologies de la voix. Dans cette contribution, nous nous intéressons plus particulièrement à la modélisation physique de la collision des cordes vocales. Du point de vue de la production, c'est en effet durant la fermeture des cordes vocales que sont produits l'essentiel des harmoniques acoustiques qui sont perceptivement les plus importants. D'un point de vue physique, ce phénomène constitue une non-linéarité majeure dans le cycle d'oscillation, qui n'est à l'heure actuelle décrite que de manière très schématique. D'autre part, la surface des cordes vocales est recouverte par du mucus dont le rôle lubrifiant est crucial mais qui est très peu étudié du point de vue physique. La littérature rapporte par ailleurs qu'un excès, lié à une infection bronchique par exemple, ou une raréfaction, lié à un environnement déshydraté, du mucus affecte la vibration des cordes vocales et perturbe la production de parole. Enfin, la présence de liquide peut, potentiellement, affecter l'écoulement aérien, particulièrement lors de la fermeture des cordes vocales. Afin d'étudier et de quantifier l'importance de ces phénomènes, nous présentons des résultats expérimentaux obtenus sur une maquette de cordes vocales. Ce dispositif, réalisé à l'échelle 3:1, permet de simuler le mouvement des cordes vocales en contrôlant la fréquence d'oscillation et l'amplitude de déplacement. La présence de mucus est simulée en injectant de manière continue un liquide en amont de la maquette. La quantification des effets est réalisée en mesurant la pression en différentes positions le long de la maquette. Les résultats expérimentaux sont discutés et comparés à des modèles théoriques de complexité croissante. Enfin, des exemples de sons simulés par modèle physique seront présentés à titre d'illustration.